正断层伴生裂缝物理模拟实验研究

断层伴生裂缝是重要的油气运移通道和储集空间类型,实验室进行了正断层与其伴生裂缝形成的物理模拟实验。结果表明,伴生裂缝主要发育于断层面两侧,距离断层面越远,裂缝密度变小,其中上盘（主动盘）裂缝发育较下盘（被动盘）密集。裂缝的形成演化可以划分为3个阶段：①当断层断距较小时,在断层顶底部应力集中区产生微裂缝;②随着断距增大,沿断层面出现几组微裂缝,同时裂缝的发育范围向断层两侧扩展;当断距增大到一定程度时,剪切带中微裂缝扩展、连通形成大裂缝并发展成断层;③随着断距进一步增大,断层面上形成塑性涂抹,裂缝数量无明显增多。岩层厚度、断移速率、岩性变化、距断面距离等因素对裂缝发育均有一定的控制作用。     

南阳凹陷边界断层三维几何学及运动学特征

新野断层位于南襄盆地南阳凹陷南部的控凹边界断裂,研究其三维几何学和运动学特征对分析南阳凹陷的形成演化至关重要。以2/3D地震、钻井及测井资料为基础,以正断层相关褶皱理论和构造复原理论为指导,深入剖析新野断层的三维几何学和运动学特征及其对凹陷形成的控制作用。根据断层平面走向,结合倾角和断距变化,将新野断层分为西、中、东3段;空间上认为,新野断层是由多个等倾角面构成的复杂曲面,通过两个垂向轴面和4个横向轴面,将新野断层断面分为11个等倾角区。根据平衡地质剖面复原结果对比,认为新野断层西段、东段形成于晚白垩世,中段形成于始新世大仓房期并逐渐与西段、东段硬连接形成一条断层;断层及其上盘地层旋转程度自西向东逐渐增强;断层反转强度自西向东亦逐渐变大。新野断层西段为"座椅式"正断层,中段由"转折式"正断层转"犁式"正断层,东段为"犁式"正断层。沿断层走向的差异沉降和断面形态差异是南阳凹陷构造特征及形成演化的重要控制因素。     

45°倾角正断层粘滑错动对隧道影响试验分析

通过1∶50室内模型试验,模拟了45°倾角正断层粘滑错动下,与之正交的隧道结构的受力变形破坏过程,并布置传感器监测了隧道顶部和底部的围岩压力、隧道轴向的应变和隧道环向的应变.结果表明,围岩压力在剪切带附近发生显著变化,上盘和剪切带范围内拱顶压力显著增大,下盘拱顶压力次之,上盘和剪切带隧道底部压力减小,下盘底部压力显著增大,隧道与下部围岩可能局部脱空以适应断层的剪切位移;上盘和剪切带范围内隧道纵向弯矩为正,下盘范围内为负,隧道偏心受压;以原型混凝土压坏来判定衬砌破坏,初步确定原型结构破坏所容许的最大断层位移D=0.7m,理论上该值略偏大;隧道衬砌破坏区域长度,在剪切带和下盘范围分别为1.7和2.8倍隧道宽度.     

海拉尔盆地贝尔凹陷构造演化及其对油气控制

系统分析了贝尔凹陷断裂构造特征,研究了断裂的形成演化对油气成藏条件的控制作用。贝尔凹陷自下而上划分为断陷构造层、断-坳转化构造层和凹陷构造层。根据断裂与构造层关系及断裂运动学特征,将贝尔凹陷发育的断层划分为上部断层系、下部断层系和长期发育的断层系断裂3种类型。各个历史演化时期控制着不同成因的断裂发育,贝尔凹陷早期铜钵庙组～大磨拐河组时期的伸展变形控制断陷盆地的发生、发展、消亡的演化过程,伊敏组时期的走滑变形主要形成一系列断裂密集带,同时形成大量次级盖层断层,青元岗组时期的反转构造变形形成了断层型构造反转和局部的背斜型构造反转。断裂的形成和演化影响主力烃源岩的分布和热演化程度,形成多种类型的圈闭,为油气运移提供良好的运移通道。发育长期活动断层的斜坡带和由长期继承性活动断裂与上部断层系构成的密集带是油气运聚成藏的有利指向区,控制着贝尔凹陷油气富集。     

东营凹陷辛镇构造带构造变形的物理模拟研究

东营凹陷辛镇构造带底辟动力机制及"负花状"断裂形成的主控因素一直存有争议。通过地震资料精细构造解析,结合地层组合特征,设计含塑性层构造物理模拟实验,开展辛镇构造带构造沉积演化研究。根据构造带的地质特征及构造物理模拟结果,分析其深部底辟构造的动力机制,探讨伸展构造背景下塑性层的变形特征及其与上覆岩层的相互作用。取得了以下主要认识:(1)在盆地伸展构造背景下,坡坪式基底断层活动导致上盘岩层的地势起伏,后期同构造沉积产生的差异沉降诱发底辟发育;(2)辛镇构造带"负花状"断裂是底辟和区域伸展共同作用的结果,塑性层为断裂发育提供了良好的滑脱条件。     

正断层错动致地铁变形计算模型

针对正断层错动引起的地铁隧道变形破坏仍缺乏有效的理论预测模型的情况,基于不排水条件下上覆土体的变形机理,建立地铁隧道变形的计算方法.理论模型表明,影响隧道衬砌纵向线应变的参数有隧道半径、土层厚度、基岩断层错动量、断层倾角、隧道埋置深度和形状参数.正断层错动影响下,隧道拱顶衬砌分别在基岩下盘和基岩上盘一侧出现受拉区和受压区.而隧道拱底衬砌则分别在基岩下盘和基岩上盘一侧出现受压区和受拉区.随着隧道埋深的增加,需要进行拉裂破坏加固的范围逐渐缩小,并向基岩断层附近趋于集中.而随着基岩断层倾角的增加,隧道拉裂破坏加固区域则往基岩上盘一侧偏移,但加固区域的大小范围受断层倾角的影响并不显著.     

逆断层粘滑错动对公路隧道影响的试验研究

结合大量地震断层的案例,针对逆断层倾角为75°,60°,45°三种工况通过模型试验研究不同倾角逆断层粘滑错动下隧道应变分布规律和整个破坏过程.试验结果表明:断层倾角越小,上盘范围内隧道顶部的纵向拉应变越大,并且拉应变进入过载状态时的错动位移值越小.当断层倾角为75°时,隧道的主要破坏形式为直接剪切破坏;当断层倾角为45°时,隧道的破坏形式以弯曲拉破坏为主;45°倾角工况下隧道的破坏范围为上盘距离断层面2.0 D(D为隧道洞径)至下盘距离断层面0.2 D,75°倾角工况下隧道的破坏范围为上盘距离断层面0.8 D至下盘距离断层面0.4 D.     

采动影响下逆断层特征参数对断层活化的作用规律

笔者分析了采动影响下断层滑移的主要影响因素,以数值模拟为研究手段,利用FLAC3D建立了逆断层简化模型,分析了不同断层倾角、不同落差及采掘工作面与断层不同距离的断层带附近煤岩体弹性能、断层面正应力与剪应力、断层滑移量的变化规律,从而揭示了采动影响下逆断层特征参数对断层活化的基本作用规律。研究结果表明:上盘或下盘开采,断层带附近煤岩体弹性能集中程度随工作面与断层距离的增大而降低,随断层倾角及落差的增加而增大,但下盘开采对断层带的能量集中程度较上盘高。下盘开采时剪应力较上盘显著增加,但正应力变化较小,易于断层活化。上盘或下盘开采,随工作面与断层距离的增加,断层滑移量减小。上盘开采,随断层倾角增大,断层滑移量增加;随断层落差增大,断层滑移量减小。下盘开采,随断层倾角增大,断层滑移量减小;随断层落差的增大,断层滑移量增加。     

川南地区断层带油气保存条件定量预测

川南地区断层带提供了天然气向上散失通道，并破坏盖层封堵能力。大断裂影响缝洞系统保存条件的主要因素包括：大断裂断距、断层上消失层位、断面倾角、盖层厚度以及缝洞系统所处断裂带位置等。利用数量化理论建立了断层带不同部位缝洞系统保存系数的定量预测模型，可用于大断裂带保存条件的钻前预测。     

沾车凹陷新生代盆地基底构造演化的物理模拟

为了弄清沾车凹陷的构造特征及演化过程,根据边界几何特征结合其动力学条件对其进行了一系列的平面构造物理模拟实验,结果表明:①沾车凹陷在新生界时期的运动方式以伸展为主,伸展方向为SN向;②不同走向的正断层是在同一伸展过程中形成的,曲折边界主断层主导了其内部次级构造的分布与产状,偶尔出现的逆断层是在伸展情况下形成的;③断阶带潜山多形成于主断层的内凹区,一般产生在主断层走向与伸展方向斜交地带,斜坡带上在外凸区易于残留而成潜山.     

高邮凹陷隐蔽性断层圈闭样式与识别技术

通过构造单元解剖与物理模拟,对苏北盆地高邮凹陷隐蔽性断层的成因及圈闭样式进行分析。结果表明:NNE向基底断层在古近纪复活时与区域拉伸方向呈小角度相交,存在基底断层连续断开型、雁列状正断层型、连接断层型和断续分布斜拉断层型等4种复活方式,进而在北斜坡、吴堡断裂带和真武断裂带形成具有不同展布特点的隐蔽性断层与断控圈闭样式;针对隐蔽性断层的特点,通过采用加入地层倾角、方向调节和滤波分析的相干体技术,可以有效识别隐蔽性断层的存在,并利用随机测线扫描落实断层的产状;应用该套技术可以有效地识别高邮凹陷的隐蔽性断层,发现大量的隐蔽断块油藏,取得了良好的勘探效果。     

断层在东辛浅层油气成藏中的作用

东辛浅层主要有平行状断块、环状一放射状断九、羽状断块、帚状断块四种断块模式。断层的输导性主要受断层级别、断层活动的周期性以及断层产状的控制。二、三级断层向下多断至沙三段烃源岩,向上可断至东营、馆陶组、明化镇组,为主要的控油断层;断层活动周期性控制油气垂向周期性运移;东辛浅层断面形态有同向断层、反向断层、地堑状、地垒状和“丫’型断层。断层的封闭性主要受断层性质、落差大小、断面形态及断层两盘地层接触关系、断面能否形成较大排替压力的低渗带等多种因素控制。可以根据断裂充填物、断移地层的砂泥比值、断层面倾角陡缓、是否存在孔隙流体超压、压力系数的垂向变化、断移地层内垂向地温梯度的变化以及泥岩涂抹分析来综合判断断层的封闭性。     

甘孜-理塘断裂带构造演化与金矿的关系

论述了川西甘孜—理塘断裂带构造演化与金矿床成矿作用的关系,总结了区内金矿化的特征和金矿床类型。研究表明,甘孜—理塘断裂带是由韧性剪切带、逆冲断裂带、断陷盆地带、推覆构造带、脆性破碎带和平移走滑带相互叠加、改造而形成的复杂断裂带。其演化历史主要经历了晚三叠世卡尼期－诺利早期的洋壳俯冲、晚三叠世诺利晚期－瑞替期弧－陆碰撞、侏罗－白垩纪陆内会聚和喜马拉雅期断陷、推覆和平移剪切构造发育演化阶段。区内金矿化、金矿床（点）和金矿体的形成和分布,明显受断裂带的控制。金矿的成矿作用与该断裂带构造发展演化密切相关。     

渤中凹陷北部弧形断层构造特征及地质意义

渤中凹陷周缘是重要的油气聚集带，而其北部至今尚未有油气田发现，断层与油气具有密切关系，不仅控制着圈闭的形成和演化，也是油气运移的重要通道之一，因此，开展断层构造特征的研究具有重要意义。通过精细解析渤中凹陷北部三维地震资料，对其断层发育特征、活动特征、成因机制以及石油地质意义进行了详细分析。研究结果表明，渤中凹陷北部发育层间、阶梯状的弧形正断层。在垂向上，断层的活动强度具有中间强两边弱的特征，在平面上，断层演化为简单侧向生长模式。综合分析断层的生长指数和断开层位，认为断层活动时期主要为东二下段第II期到东二上期。断层的形成演化过程可以划分为4个阶段，包括断层孕育期、断层活动期、断层迁移期和断层静止期。指出重力滑动作用和走滑作用共同控制了弧形断层生长发育过程。探讨了断层形成演化对油气成藏的控制作用，认为弧形断层的生长发育有利于滚动背斜圈闭的形成，控制了砂体的层数和厚度，促进烃源岩与储层沟通，有利于油气聚集成藏。     

广东恩开断裂带新构造活动特征

恩开断裂带是华南沿海地区重要的断裂带之一,长约160km,由3条大致平行展布的北东向断裂组成,其中苍城—海陵断裂(F₁)、均安断裂(F₂)倾向北西,鹤城—金鸡断裂(F₃)倾向南东。这3条断裂在第三纪主要作张性正断层运动。约在上新世末或第四纪初,断裂带受到北西西—南东东方向的强烈挤压,北东向断裂转为压性活动。然而,约在中更新世开始,挤压力逐渐减弱,加之,华南沿海地区水平挤压力有从南往北减弱的趋势,断裂带南段,挤压力仍足以使断裂上盘逆冲上升,形成逆断层地貌;继续往北,水平挤压力与重力大小相近,两者平衡使断层两盘处于动态稳定之中,差异升降弱;再往北,水平挤压力更弱,重力均衡使断裂再次发生正断层运动。约在晚更新世开始,区内的一系列北西向断裂形成或复活,由于与主压应力方向夹角小,断裂面摩擦力小而比北东向断裂更易发生错动,使北东向断裂多处被切。北西向断裂的活动一方面限制了北东向断裂的平移,另一方面释放了部分应变能,最终使北东向断裂的活动性降低。     

断层破碎带注浆加固稳定性综合测试

断层破碎带岩性复杂、节理发育,为维护破碎带影响范围内巷道围岩稳定性,降低突水风险,常对其进行超前注浆加固。以淮南潘二煤矿F1断层为例,提出采用钻孔光纤及电法测试技术,对巷道掘进过程中断层破碎带注浆加固稳定性进行动态监测和分析。根据巷道掘进速度,定期采集钻孔应变和电阻率数据,分析了应变及电阻率分布特征及演化规律,指出断层破碎带注浆加固后场源变化特征与正常岩层区段具有明显差异性,表明注浆加固将有效改善破碎区段岩层物性。根据光缆应变分布及电阻率分布特征,结合巷道围岩地质属性,认为断层破碎带注浆加固后稳定性得到有效提升,断层活化变形程度较小。     

Kingfisher区块过断层地应力变化规律及井壁稳定性

 Kingfisher区块断层发育,钻穿断层时井壁坍塌、钻井液漏失等复杂情况频发。根据孔隙弹性理论及Mohr-Coulomb强度准则,分析了正断层对地应力的影响规律,结合断层对地层力学性质的影响建立过断层时井壁稳定预测模型。结果表明,过正断层后垂直断层迹线水平应力明显增加;断层附近发育断层破碎带,使地层强度降低、坍塌压力升高;过断层时的安全泥浆密度窗口大大减小,为防止断层破碎带发生漏失,应以最小水平主应力作为安全泥浆密度窗口的上限;合理的钻井液密度及优良的封堵性是保证安全钻井的关键。研究结果与Kingfisher区块实钻情况吻合,对Kingfisher区块过断层时的钻井安全具有指导意义。     

郯庐断裂带渤海段的深部构造与动力学意义

郯庐断裂带渤海段的3条大地电磁测深剖面,揭示了断裂带丰富的深部结构信息。这些剖面显示,郯庐断裂带已切穿了整个地壳,并且向下延入上地幔;该段断裂带在深部显示为陡立的走滑构造,浅部为伸展断层及断陷盆地所叠加,最后又发生过一期明显的逆冲活动;该断裂带的走滑构造在渤海湾内继续存在,指示其早期的走滑活动中向北延入了渤海内;该断裂带内部及其旁侧,浅部的断陷盆地发育与深部的高导层(带)紧密伴生,反映断陷盆地发生时在地壳深部都出现了软弱拆离带,也指示了岩石圈减薄中地壳内所发生的深部过程。